一.实验目的
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1、测定普朗克常量。
2、了解光电效应的基本规律。
3、了解验证爱因斯坦光电效应方程的基本实验方法。
4、描绘光电管的伏安特性曲线
二.实验仪器
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光电管,光源(汞灯),滤波片组(577.0nm,546.1nm,435.8nm,404.7nm,365nm滤波片,50%、25%,10%的透光片)。
光电效应测试仪包括:直流电源、检流计(或微电流计)、直流电压计等。
三.实验原理
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当光照在物体上时,光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收,而另一部分则转换为物体中某些电子的能量,使电子逸出物体表面,这种现象称为光电效应,逸出的电子称为光电子。在光电效应中,光显示出它的粒子性质。
可见光区汞灯强谱线
波长/nm
频率/Hz
颜色
579.0
5.179
黄
577.0
5.198
黄
546.1
5.492
绿
535.8
6.882
蓝
404.7
7.410
紫
365.0
8.216
近紫外
可见光区汞灯强谱线
四.实验内容
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1、打开实验操作页面连接光电管和光电效应测试仪之间的电线。选择滤波片拖动滤波片或透光片至光源或光电管中;
选择光源和光电管间合适的距离。
2、光源与光电管间取合适的距离,在光电管上放置365nm滤波片,电源输出电压调节为-3v,调节光源与光电管间距离,使光电效应测试仪的电流显示值为-0.24μA。
3、在577.0nm、546.1nm、435.8nm、404.7nm四种频率单色光下分别测量光电管的伏安特性曲线(测量范围:0~-3V,每改变0.2V测一个点,在遏止电压附近每隔0.1V测一个点,直至光电流为0),并根据曲线确定遏止电位差值(对应光电流为零),计算普朗克常量h。
五.原始数据
测量光电管在不同波长光照射下的伏安特性。
1. 入射光波长577nm的伏安特性
测量序号
1
2
3
4
5
6
7
8
电压U/V
0.00
-0.10
-0.20
-0.40
-0.60
-0.80
-1.00
-1.20
电流I/μA
0.08
0.03
0.00
-0.03
-0.04
-0.04
-0.04
-0.04
2. 入射光波长546nm的伏安特性
测量序号
1
2
3
4
5
6
7
8
电压U/V
0.00
-0.10
-0.20
-0.30
-0.34
-0.50
-0.70
-0.90
电流I/μA
0.59
0.37
0.17
0.03
0.00
-0.09
-0.12
-0.12
3. 入射光波长436nm的伏安特性
测量序号
1
2
3
4
5
6
7
8
电压U/V
0.00
-0.20
-0.40
-0.60
-0.80
-0.90
-0.93
-1.10
电流I/μA
1.26
0.80
0.46
0.23
0.08
0.01
0.00
-0.06
4. 入射光波长405nm的伏安特性
测量序号
1
2
3
4
5
6
7
8
电压U/V
0.00
-0.20
-0.40
-0.60
-0.80
-1.00
-1.10
-1.09
电流I/μA
1.56
1.06
0.70
0.42
0.22
0.08
0.04
0.00
5. 入射光波长365nm的伏安特性
测量序号
1
2
3
4
5
6
7
8
电压U/V
0.00
-0.40
-0.80
-1.20
-1.40
-1.60
-1.63
-1.70
电流I/μA
3.60
2.29
1.21
0.47
0.21
0.02
0.00
-0.04
六.数据处理
遏制电压的绝对值|Ua|与光波频率ν的关系如下:
波长λ/nm
365
405
436
546
577
频率ν/THz
8.216
7.410
6.882
5.492
5.198
遏止电压|Ua|/V
-1.63
-1.09
-0.93
-0.34
-0.20
作图求出普朗克常量。
七.思考题
1.金属的截止频率(红限)是什么?
产生光电效应,所需照射光的最低频率叫做截止频率(红限)。
八.实验总结
实验测得的普朗克常量为6.416x10^(-34),与真实值比较相对误差为3.2 %,具有一定的可信性,说明此次实验相对较成功。
实验误差分析及注意事项:
光电效应测普朗克常量误差来源主要来自单色光不够严格以及阴极光电流的遏止电势差的确定,以及实验人员记录数据时的读数误差等,操作过程中应当注意更换滤色片时必须将光源出光孔遮住,实验完毕应及时用遮光器盖住光电管暗合的进光窗口,避免强光直射阴极。汞灯需要冷却15分钟后才能再次打开。
实验心得:
通过本次实验,我了解光电效应的基本规律以及验证爱因斯坦光电效应方程的基本实验方法。掌握了测量光电效应测量普朗克常量的基本方法,让我对此实验有了更加深入的了解,并且通过此次实验,我意识到真正达到实验的目的,一定要做到理论和实践相结合。